RO + EDIとイオン交換:どちらの浄水システムがより優れたパフォーマンスを発揮しますか?

高純度の水は、発電や電子機器製造から医薬品や化学処理まで、多くの産業用途に不可欠です。何十年もの間、従来のイオン交換(IX)システムは脱塩の標準でした。しかし、逆浸透膜(RO)と電気脱イオン(EDI)の組み合わせにより、説得力のある代替手段が提示されました。この記事では、RO+EDI法と従来のイオン交換法の違い、利点、および考慮事項について説明します。

電気脱イオン(EDI)の理解

電気脱イオン化(EDI)は、連続電気脱イオン化または充填床電気透析とも呼ばれ、イオン交換と電気透析を統合した高度な水処理技術です。電気透析の連続脱塩効果とイオン交換の深い脱塩能力を活用することにより、従来のイオン交換樹脂の改良として広く応用されています。この組み合わせにより、イオン移動が強化され、低濃度溶液での電気透析の現在の効率制限が克服され、化学薬品なしでの継続的な樹脂再生が可能になります。これにより、酸やアルカリの再生に伴う二次汚染が排除され、継続的な脱イオン運転が可能になります。化学再生の手間をかけずに高純度の水を求める業界向け、EDIシステム大きな前進になる可能性があります。

EDI のコア プロセス:

1. 電気透析プロセス:印加電界下では、水中の電解質はイオン交換樹脂と膜を介して選択的に移動し、濃縮物の流れとともに濃縮されて除去されます。
2. イオン交換プロセス:イオン交換樹脂は、水から不純物イオンを捕捉し、不純物イオンを効果的に除去します。
3. 電気化学的再生プロセス:樹脂と膜の界面での水の分極により生成されるH+イオンとOH-イオンは、樹脂を電気化学的に再生し、自己再生を可能にします。

EDIのパフォーマンスと制御手段に影響を与える主な要因

EDI システムの効率と出力には、いくつかの要因が影響します。

• インフルエント・ダクチャリング:流入導電率が高いほど、弱い電解質の除去率が低下し、同じ動作電流で廃液の導電率が増加する可能性があります。流入導電率の制御(理想的には <40 µS/cm) ensures target effluent quality. For optimal results (10-15 MΩ·cm resistivity), influent conductivity might need to be 2-10 µS/cm.
• 動作電圧/電流:一般に、運転電流を増やすと、ある時点までは製品の水質が改善されます。過大な電流は、H+イオンとOH-イオンの過剰生成につながり、樹脂を再生するのではなく電荷キャリアとして機能し、イオンの蓄積、閉塞、さらには逆拡散を引き起こし、水質を悪化させる可能性があります。
• 濁度とシルト密度指数(SDI):EDIモジュールは、製品の水路にイオン交換樹脂を含んでいます。高い濁度やSDIは閉塞の原因となり、圧力損失の増加や流量の減少につながる可能性があります。前処理、通常はRO浸透剤が不可欠です。
• 硬度：EDI給水の残留硬度が高いと、濃縮チャネルの膜表面にスケーリングが発生し、濃縮物の流れと製品の水抵抗率が低下する可能性があります。厳しいスケーリングは、内部加熱によりチャネルをブロックし、モジュールを損傷する可能性があります。軟化、RO供給物へのアルカリ添加、またはプレROまたはナノろ過ステージの追加により、硬度を管理できます。
• 全有機炭素(TOC):TOCレベルが高いと、樹脂や膜が汚れ、動作電圧が上昇し、水質が低下する可能性があります。また、濃縮チャネルでの有機コロイドの形成にもつながる可能性があります。追加の RO ステージが必要な場合があります。
• 可変原子価金属イオン(Fe、Mn):鉄やマンガンなどの金属イオンは樹脂を「毒」し、EDI排水の品質、特にシリカの除去を急速に悪化させる可能性があります。これらの金属は、樹脂の酸化分解も触媒します。通常、流入するFeは <0.01 mg/L.
• InfluentのCO2:二酸化炭素は、樹脂床に浸透して製品の水質を低下させる可能性のある弱い電解質である重炭酸塩(HCO3-)を形成します。脱気塔は、EDI前のCO2除去に使用できます。
• 総交換可能陰イオン(TEA):高いTEAは、製品の耐水性を低下させたり、より高い動作電流を必要とする可能性があるため、システム全体の電流と電極流内の残留塩素が増加し、電極膜の寿命が短くなる可能性があります。

流入温度、pH、SiO2、酸化剤などの他の要因もEDIシステムの動作に影響を与えます。

EDIテクノロジーの利点

EDIテクノロジーは、電力、化学、医薬品など、高品質の水を必要とする業界で広く採用されています。その主な利点は次のとおりです。

• 高く、安定したプロダクト水質:電気透析とイオン交換の組み合わせにより、安定した高純度の水を製造しています。
• コンパクトな設置面積と低い設置要件:EDIユニットは小型で軽量で、酸/アルカリ貯蔵タンクを必要としないため、スペースを節約できます。多くの場合、モジュール式であるため、設置時間を短縮できます。
• 設計、運用、保守の簡素化:モジュール式生産と連続自動再生により、複雑な再生装置が不要になり、操作が簡素化されます。
• 簡単な自動化:モジュールを並列接続できるため、安定した信頼性の高い動作が保証され、プロセス制御が容易になります。
• グリーン：化学再生がないということは、酸/アルカリ廃棄物の排出がないことを意味します。これは、包括的なものを検討している施設にとって大きな利点です水処理プラント環境への影響を最小限に抑えたソリューション。
• 高い水回収率:通常、90%以上の水回収率を達成します。

EDIには大きな利点がありますが、従来の混合ベッドシステムと比較して、より高い影響力のある品質が必要であり、機器やインフラストラクチャの初期投資コストが高くなります。ただし、全体的な運用コストを考慮すると、EDIの方が経済的です。たとえば、ある研究では、EDIシステムが運用から1年以内に初期投資の差額を混合ベッドシステムで相殺することが示されました。

RO+EDI と従来のイオン交換の比較:比較

1. プロジェクトの初期投資

より小規模な水処理システムの場合、RO+EDIプロセスにより、従来のイオン交換に必要な広範な再生システム(酸およびアルカリ貯蔵タンクを含む)が不要になります。これにより、機器の購入コストが削減され、プラントの設置面積が10%〜20%節約され、建設コストと土地コストが削減されます。従来のIX機器は5m以上の高さを必要とすることが多いですが、ROおよびEDIユニットは通常2.5m未満であるため、プラントの建物の高さが2〜3m減少し、土木工学のコストをさらに10%〜20%節約できる可能性があります。しかし、初回通過のRO濃縮物(約25%)を排出するため、前処理システムの容量を大きくする必要があり、従来の凝集清澄ましろ過では前処理への投資が約20%増加する可能性があります。全体として、小規模なシステムの場合、RO+EDIの初期投資は従来のIXに匹敵することがよくあります。多くの現代逆浸透システムEDI 統合を念頭に置いて設計されています。

2. 運用コスト

ROプロセスは、一般に、従来のIX(樹脂再生、廃水処理)よりも化学消費コスト(投与、洗浄、廃水処理)が低くなります。ただし、RO + EDIシステムでは、電力消費量が多く、スペアパーツの交換コストがかかる場合があります。全体として、RO + EDIの総運用コストと保守コストは、従来のIXよりも25%〜50%高くなる可能性があります。

3. 適応性、自動化、環境への影響

RO+EDIは、海水や汽水から河川水まで、さまざまな原水の塩分濃度に非常に適応できますが、従来のIXは500 mg / Lを超える溶解固形物の流入に対しては経済的ではありません。 還元剤、またはその他の微量化学物質。RO濃縮物は、一般にIXシステムからの再生廃水よりも処理が容易で、プラント全体の廃水処理の負荷を軽減します。RO+EDIシステムは、高い自動化レベルを提供し、プログラムも簡単です。訪問を検討しますスタークウォーターこれらの自動化ソリューションをご覧ください。

4. 設備コスト、修理の課題、精鉱管理

RO+EDI機器は有利ですが、高価になる可能性があります。ROメンブレンまたはEDIスタックが故障した場合、通常、専門の技術者による交換が必要であり、ダウンタイムが長くなる可能性があります。ROは大量の酸/アルカリ廃棄物を生成しませんが、初回通過RO(通常は75%回収)により、原水よりも塩分の多い濃縮物が大量に生成されます。この濃縮物は、再利用のためにさらに濃縮することも、希釈および処理のために廃水ステーションに排出することもできます。一部の発電所では、RO精鉱は石炭運搬システムのフラッシングや灰の加湿に使用されており、精鉱の蒸発と塩回収のための結晶化の研究が進行中です。設備コストは高くなりますが、場合によっては、特に小規模なシステムでは、RO+EDIの初期プロジェクト投資は従来のIXと同様か、それよりも低くなる可能性があります。大規模システムの場合、RO+EDI の初期投資は通常、わずかに高くなります。

結論:現代の水質浄化のための好ましい道

要約すると、RO + EDIプロセスは、一般に、最新の水処理システムでより多くの利点を保持しています。比較的管理しやすい投資コスト、高度な自動化、優れた出力水質、最小限の環境汚染を提供し、多くの要求の厳しいアプリケーションに最適です。